11月21日，在武漢舉辦的中國5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大會上，中國移動主辦了主題為“5G礦山，掘進未來”的5G+礦山分論壇，中國移動聯(lián)合華為技術有限公司、中國煤炭工業(yè)協(xié)會、中國礦業(yè)大學（北京）共同發(fā)布《5G地下移動通訊網(wǎng)絡（5G DMN）白皮書》。
《5G地下移動通訊網(wǎng)絡（5G DMN）白皮書》發(fā)布
01中國移動
5G DMN，構建地下智能化綜合性通信網(wǎng)絡
期間，中國移動研究院無線與終端技術研究所副所長鄧偉以《5G DMN，構建地下智能化綜合性通信網(wǎng)絡》為題進行演講，對白皮書內容進行了全面闡述。該白皮書發(fā)布旨在聯(lián)合產(chǎn)業(yè)合作伙伴共同構建地下智能化綜合性通信網(wǎng)絡，共筑5G DMN產(chǎn)業(yè)生態(tài)，助力我國礦山行業(yè)安全生產(chǎn)和智慧化發(fā)展。
中國移動研究院無線與終端技術研究所副所長鄧偉
鄧偉指出，礦業(yè)是國民經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)，我國礦業(yè)年產(chǎn)值超過6萬億，GDP占比超7% ，其中煤炭生產(chǎn)占比超70%，85%來自地下。礦山領域具備極高的戰(zhàn)略地位和經(jīng)濟價值。我國高度重視煤炭產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展，加速智慧煤炭礦山的建設并對5G智能礦山生態(tài)發(fā)展提出了明確要求。
但由于礦山行業(yè)環(huán)境制約趨緊、要素成本上升，地下礦山在智能化演進過程中面臨環(huán)境特殊、多網(wǎng)并存、性能挑戰(zhàn)、運維困難四大痛點：第一，地下礦山空間狹窄，環(huán)境特殊且存在安全隔爆要求，對地下網(wǎng)絡的設備形態(tài)和網(wǎng)絡覆蓋面臨挑戰(zhàn)；第二，地下通信、視頻、定位、語音、物聯(lián)多張網(wǎng)絡并存，數(shù)據(jù)采集和處理決策過于分散，不利于智能化發(fā)展；第三，地下安防監(jiān)控、少人無人智能作業(yè)對網(wǎng)絡性能提出較高要求；第四，地下系統(tǒng)繁多，管理困難，現(xiàn)場運維、統(tǒng)一運維面臨挑戰(zhàn)，驅使網(wǎng)絡運營維護升級。
面對礦山地下網(wǎng)絡的四大挑戰(zhàn)，5G網(wǎng)絡的大帶寬、低時延、廣聯(lián)接等特性給運營商及行業(yè)生態(tài)伙伴應對挑戰(zhàn)提供了技術基礎，同時基于中國移動與合作伙伴在礦山行業(yè)的5G專網(wǎng)部署經(jīng)驗，提出構建全新5G地下移動通信網(wǎng)絡（5G DMN）及技術體系。
5G DMN愿景是基于5G技術構建一張智能化綜合性地下專用移動通信網(wǎng)絡，移動通信運營商基于5G DMN在礦山等地下環(huán)境可為公眾和企業(yè)提供移動通信服務。針對地下業(yè)務在無線傳播環(huán)境的差異性和安全、可靠性等網(wǎng)絡性能方面的特殊要求，5G DMN網(wǎng)絡通過構建連接泛在、性能極致、一網(wǎng)多能、運維極簡的四大技術體系，支撐礦山實現(xiàn)感知、決策、操控等全智能化。
5G DMN技術圖譜
《5G地下移動通信網(wǎng)絡（5G DMN）白皮書》
對四大技術體系及技術圖譜做了詳細介紹01
第一，連接泛在。
一方面，通過設備定制和頻譜靈活使用奠定網(wǎng)絡覆蓋的基礎，通過多頻協(xié)同、信號中繼、移動式部署等彈性組網(wǎng)技術，實現(xiàn)連接隨時隨地、無處不在的目標；另一方面，為保障網(wǎng)絡連續(xù)不間斷，從升級設備可靠性到升級組網(wǎng)方案，5G DMN基于分級可用性方案全面保障地下網(wǎng)絡可用。
02
第二，性能極致。
一方面，通過頻譜資源靈活組合、上下行配比彈性調整和設備能力定制增強，全面提升網(wǎng)絡上行容量和單用戶峰值速率，構建DMN超級上行能力；另一方面，5G DMN網(wǎng)絡提供精準定位能力，滿足礦區(qū)定位數(shù)據(jù)不出場的數(shù)據(jù)安全需求，通過5G及5G融合定位實現(xiàn)分場景不同精度的通信+定位一張網(wǎng)。
03
第三，一網(wǎng)多能。
通過多網(wǎng)融合和云網(wǎng)業(yè)融合實現(xiàn)一網(wǎng)多能，提供本地優(yōu)質連接+本地充足算力+本地豐富能力，打造基于DMN的融合一體數(shù)字底座，實現(xiàn)信息、管理、資源、服務融合貫通。
04
第四，運維極簡。
基于5G專網(wǎng)管理平臺，提供設備狀態(tài)監(jiān)控、網(wǎng)絡指標監(jiān)控、能力開放等功能，基于自主化技術滿足行業(yè)用戶“自運維、自服務、自開發(fā)”需求，并基于網(wǎng)絡數(shù)字孿生能力，加速5G網(wǎng)絡與企業(yè)生產(chǎn)深度融合，賦能生產(chǎn)精細化管理運營。
基于以上四大技術體系，中國移動給出了分階段技術路徑，通過2~3年時間分階段打造5G DMN技術能力：
一階段基礎型5G DMN實現(xiàn)主要環(huán)節(jié)自動化；
二階段增強型5G DMN實現(xiàn)重點礦山固定和移動場景少人、無人化；
三階段全能型5G DMN實現(xiàn)各類煤礦基本智能化。
分階段的智能化演進圖譜給DMN的實現(xiàn)提出了全面的技術規(guī)劃。
最后，鄧偉代表中國移動及相關產(chǎn)業(yè)提出5G DMN發(fā)展倡議：“從技術攻關、標準制定、產(chǎn)業(yè)推進和生態(tài)構建四方面共同推進5G DMN的發(fā)展和成熟，共創(chuàng)以礦山為代表的廣闊的井下數(shù)智經(jīng)濟發(fā)展新空間，促進井下通信產(chǎn)業(yè)的范式變革?！?/span>
中國移動致力于成為網(wǎng)絡強國、數(shù)字中國、智慧社會的主力軍，愿積極聯(lián)合華為、行業(yè)協(xié)會、龍頭礦企、高校等產(chǎn)業(yè)合作伙伴構建5G DMN產(chǎn)業(yè)生態(tài)，政、產(chǎn)、學、研、用各界緊密合作，加快建設以5G為代表的信息基礎設施和部署5G基礎礦山網(wǎng)絡，助力我國礦山行業(yè)安全生產(chǎn)和智能化快速發(fā)展。
02
華為
5G DMN智慧礦山創(chuàng)新解決方案，重定義地下通信網(wǎng)絡
華為5G產(chǎn)品線總裁彭紅華發(fā)表了題為“5G DMN智慧礦山創(chuàng)新解決方案，重定義地下通信網(wǎng)絡”的主題演講。他指出：“基于5G DMN（地下移動通信網(wǎng)絡）愿景的連接泛在、性能極致、一網(wǎng)多能、運維極簡4個技術體系，華為提出了5G DMN的技術創(chuàng)新方向，構建全彈性、全感知、全融合的網(wǎng)絡，解決礦山行業(yè)在數(shù)智化轉型中遇到的關鍵問題，助力打造智能感知、智能決策和自動執(zhí)行的智能化體系。”
華為5G產(chǎn)品線總裁彭紅華
以煤礦為代表的礦山行業(yè)，在國民經(jīng)濟發(fā)展中起著舉足輕重的作用。利用5G等新一代信息通信技術可以加速礦山的全面數(shù)智化轉型進程，以實現(xiàn)少人化、無人化，為礦山行業(yè)帶來提質、降本、減碳和增效等巨大價值。5G在智慧礦山中應用廣泛，包括數(shù)據(jù)回傳、智能巡檢、裝備遠程控制、智能調度等，其網(wǎng)絡需求可以歸納為：千兆上行能力、E2E 20ms的低時延、米級的準定位、每年故障時間小于5-50分鐘的高可用網(wǎng)絡等。
在煤礦智能化探索中，我們發(fā)現(xiàn)當前地下通信網(wǎng)絡存在4大挑戰(zhàn)：環(huán)境復雜、性能挑戰(zhàn)大、多網(wǎng)并存和運維困難。地下環(huán)境復雜，存在瓦斯、粉塵、水害等多種雜質，對網(wǎng)絡干擾大，另外多為狹長線狀分布，地下低發(fā)射功率和特殊傳播環(huán)境容易造成覆蓋受限。性能挑戰(zhàn)大主要表現(xiàn)在上行速率以及定位需求。地下人員、環(huán)境和生產(chǎn)對安全監(jiān)控需求迫切，僅2公里采煤巷道需部署40~60個攝像頭，綜采面需部署攝像頭的密度更高，對上行需求大。礦山監(jiān)控管理、應急救援、智能作業(yè)等也都需要較高精度的定位。目前地下多網(wǎng)并存，語音呼叫有2G、3G、4G和有線，物聯(lián)有NB-IoT、2G、LoRa和Sigfox等技術，定位有UWB、ZigBee等，控制有局域網(wǎng)工業(yè)總線等，導致數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、決策和執(zhí)行能力都過于分散，易形成數(shù)據(jù)孤島，從而影響智能化決策。這些不同網(wǎng)絡的運營管理平臺是相互獨立，帶來運維困難、運維效率低且無法形成協(xié)同。這4大挑戰(zhàn)一定程度制約了礦山全面智能化發(fā)展，亟待利用5G加快數(shù)智化轉型進程。
5G DMN構想，重定義了地下移動通信網(wǎng)絡，未來將會形成天地通信、地面通信、地下通信三張通信網(wǎng)。當前地面通信作為廣域大覆蓋場景，2G、3G、4G和5G移動通信體系已非常成熟并持續(xù)演進，但礦山等地下場景作為相對獨立的狹長封閉空間，在無線電傳播特征、網(wǎng)絡部署及應用的安全性、可靠性、可用性等方面均具有獨特性。為了更好地推動技術標準和產(chǎn)業(yè)成熟，解決礦山智能化當前面臨的挑戰(zhàn)并能夠長期持續(xù)發(fā)展，中國移動和華為聯(lián)合提出了5G DMN創(chuàng)新解決方案構想，重定義地下移動通信網(wǎng)絡，服務于礦山的全面智能化升級。
DMN地下移動通信網(wǎng)絡，未來三張通信網(wǎng)之一
基于5G DMN愿景的連接泛在、性能極致、一網(wǎng)多能、運維極簡4個技術體系，華為提出了5G DMN的技術創(chuàng)新方向，構建地下通信全彈性、全感知、全融合的網(wǎng)絡。5G DMN創(chuàng)新解決方案，旨在解決礦山行業(yè)在數(shù)智化轉型過程中遇到的關鍵挑戰(zhàn)，助力打造智能感知、智能決策、自動執(zhí)行的礦山智能化體系。5G DMN將通過重定義連接、重定義能力、重定義場景，建設一張極簡、智能、意圖驅動的網(wǎng)絡，滿足地下作業(yè)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)處理、遠程控制等應用要求，助力實現(xiàn)智慧礦山。
5G DMN技術創(chuàng)新方向，構建地下通信三全網(wǎng)絡
全彈性是指通過構建彈性網(wǎng)絡，匹配業(yè)務的時空不確定性，實現(xiàn)泛在連接。5G DMN網(wǎng)絡需要具備靈活頻譜、彈性拓撲、資源軟定義等能力，以應對礦山深度覆蓋、大上行、動態(tài)作業(yè)等場景的特殊需求。靈活頻譜方面，考慮井下是全封閉場景，與地面公網(wǎng)無頻率干擾風險，可考慮重構地下頻譜使用模式，通過頻譜重組、SUL、載波聚合和頻譜共享等技術按需靈活配置更多的上行時隙資源，顯著提升上行性能，滿足地下應用場景的大上行容量訴求以及靈活兼容其他制式的訴求。彈性拓撲是指基于業(yè)務的覆蓋調整，小區(qū)免切換、小區(qū)拓撲可動態(tài)調整等技術，滿足地下業(yè)務場景動態(tài)變化、高可靠性等訴求。資源軟定義是指通過網(wǎng)云業(yè)一體化、E2E切片、邊緣計算等技術，實現(xiàn)網(wǎng)絡資源和計算資源協(xié)同部署，滿足礦山對地面地下網(wǎng)絡統(tǒng)一部署和資源動態(tài)均衡的要求。
全感知通過全域智能感知，集體智慧實現(xiàn)智能決策。5G DMN網(wǎng)絡具備多維感知能力，包括大量的各類傳感器數(shù)據(jù)、高清視頻數(shù)據(jù)、精準位置數(shù)據(jù)等，助力智能決策，達到全面智能化的目的。
全融合是指消除信息孤島實現(xiàn)深度融合，業(yè)務高效協(xié)同，一網(wǎng)多能。5G DMN網(wǎng)絡具備良好的兼容性和優(yōu)異的性能，通過統(tǒng)一的設備和統(tǒng)一的組網(wǎng)，滿足各種業(yè)務的差異化訴求，簡化部署和運維。5G DMN網(wǎng)絡需要通過網(wǎng)絡切片、智能協(xié)同等技術實現(xiàn)地上地下一網(wǎng)通，用一張專網(wǎng)實現(xiàn)地上生活流、地上辦公流和地下作業(yè)流的有序隔離和統(tǒng)一管理。
5G DMN網(wǎng)絡需要具備深度覆蓋和泛在連接，低頻具有天然優(yōu)勢。5G DMN網(wǎng)絡通過引入上下行解耦技術按需靈活組合頻譜，提供千兆上行能力，進一步有效滿足煤礦井下的多種業(yè)務需求，實現(xiàn)一網(wǎng)多能。結合覆蓋、容量和成本等因素，加速優(yōu)質頻譜資源的重耕和發(fā)掘，實現(xiàn)場景化的低、中、高頻協(xié)同，以獲得極致性能，實現(xiàn)頻譜價值最大化。
基于礦山的特點和低頻的優(yōu)勢，華為聯(lián)合中國移動等產(chǎn)業(yè)合作伙伴提出了5G DMN創(chuàng)新解決方案：通過低頻一體化小型RRU基站設備，提供遠覆蓋和大上行能力，并通過NB-IoT接入各種窄帶物聯(lián)業(yè)務。該創(chuàng)新解決方案具有遠覆蓋、大上行、準定位、大物聯(lián)四大超強能力，能很好的滿足礦山等行業(yè)需求。
在構建5G DMN創(chuàng)新解決方案的同時，我們也很關注配套終端產(chǎn)業(yè)生態(tài)的構建。經(jīng)過產(chǎn)業(yè)伙伴們的共同努力，目前5G DMN智慧礦山解決方案的終端生態(tài)已逐步成熟，終端類型也在逐漸豐富，不僅有5G數(shù)據(jù)終端、礦用5G CPE、礦用5G 4K攝像儀、礦用5G手機等，還有Dongle、網(wǎng)關、T-Box、模組等。
當前中國移動聯(lián)合華為等產(chǎn)業(yè)合作伙伴提供了端到端的5G智慧礦山解決方案。面向未來，我們將繼續(xù)聯(lián)合產(chǎn)業(yè)合作伙伴，在滿足礦山行業(yè)標準的基礎上，深入結合5G移動通信技術發(fā)展，持續(xù)加強大上行、定位、高可靠、融合感知等技術研究，推動更多的地下5G應用場景，攜手開創(chuàng)5G DMN地下移動通信新產(chǎn)業(yè)，助力智慧礦山的數(shù)智化轉型。
來源：中國移動研究院；5G
